Gookyi, Dennis Agyemanh Nana;Kanda, Guard;Ryoo, Kwangki
Journal of Information Processing Systems
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v.17
no.2
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pp.253-270
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2021
In January 2013, the National Institute of Standards and Technology (NIST) announced the CAESAR (Competition for Authenticated Encryption: Security, Applicability, and Robustness) contest to identify authenticated ciphers that are suitable for a wide range of applications. A total of 57 submissions made it into the first round of the competition out of which 6 were announced as winners in March 2019. In the process of the competition, NIST realized that most of the authenticated ciphers submitted were not suitable for resource-constrained devices used as end nodes in the Internet-of-Things (IoT) platform. For that matter, the NIST Lightweight Cryptography Standardization Process was set up to identify authenticated encryption and hashing algorithms for IoT devices. The call for submissions was initiated in 2018 and in April 2019, 56 submissions made it into the first round of the competition. In August 2019, 32 out of the 56 submissions were selected for the second round which is due to end in the year 2021. This work surveys the 32 authenticated encryption schemes that made it into the second round of the NIST lightweight cryptography standardization process. The paper presents an easy-to-understand comparative overview of the recommended parameters, primitives, mode of operation, features, security parameter, and hardware/software performance of the 32 candidate algorithms. The paper goes further by discussing the challenges of the Lightweight Cryptography Standardization Process and provides some suitable recommendations.
Poschmann, Axel;Robshaw, Matthew J.B.;Vater, Frank;Paar, Christof
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.4
no.2
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pp.98-116
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2010
The field of lightweight cryptography has developed significantly over recent years and many impressive implementation results have been published. However these results are often concerned with a core computation and when it comes to a real implementation there can be significant hidden overheads. In this paper we consider the case of cryptoGPS and we outline a full implementation that has been fabricated in ASIC. Interestingly, the implementation requirements still remain within the typically-cited limits for on-the-tag cryptography.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.9
no.8
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pp.165-170
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2020
As the IoT (Internet of Things) era is activated, a lot of information including personal information is being transmitted through IoT devices. For information protection, it is important to perform cryptography communication, and it is required to use a lightweight security protocol due to performance limitations. Currently, most of the encryption methods used in the security protocol use RSA and ECC (Elliptic Curve Cryptography). However, if a high performance quantum computer is developed and the Shor algorithm is used, it can no longer be used because it can easily solve the stability problems based on the previous RSA and ECC. Therefore, in this paper, we designed a security protocol that is resistant to the computational power of quantum computers. The code-based crypto ROLLO, which is undergoing the NIST (National Institute of Standards and Technology) post quantum cryptography standardization, was used, and a hash and XOR computation with low computational consumption were used for mutual communication between IoT devices. Finally, a comparative analysis and safety analysis of the proposed protocol and the existing protocol were performed.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2010.05a
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pp.629-631
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2010
Using carefully assembled sets of IDs based on the cryptographic principle of secret shares, we can create RFID tags that yield virtually no information to casual "hit-and-run" attackers, but only reveal their true ID after continuous and undisturbed reading from up-close something that can hardly go unnoticed by an item's owner. In this paper, we analyses the practical issues of cryptography for RFID privacy with lightweight method.
Hyeok-Dong Kwon;Si-Woo Eum;Min-Joo Sim;Yu-Jin Yang;Hwa-Jeong Seo
Journal of the Korea Institute of Information Security & Cryptology
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v.33
no.2
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pp.183-191
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2023
Cryptographic algorithms require extensive computational resources and rely on complex mathematical principles for security. However, IoT devices have limited resources, leading to insufficient computing power. As a result, lightweight cryptography has emerged, which uses fewer computational resources. NIST organized a competition to standardize lightweight cryptography and TinyJAMBU, one of the algorithms in the competition, is a permutation-based algorithm that repeats many permutation operations. In this paper, we implement TinyJAMBU on an 8-bit AVR processor with a proposedtechnique that includes a reverse shift method and precomputing some operations in a fixed key and nonce environment. Our techniques showed a maximum performance improvement of 7.03 times in permutation operations and 5.87 times in the TinyJAMBU algorithm, improving up to 9.19 times in a fixed key and nonce environment.
Elliptic curve cryptography is a relatively lightweight public-key cryptography method for key generation and digital signature verification. Some lightweight curves (eg, Curve25519 and Curve Ed448) have been adopted by upcoming Transport Layer Security 1.3 (TLS 1.3) to replace the standardized NIST curves. However, the efficient implementation of Curve Ed448 on Internet of Things (IoT) devices remains underexplored. This study is focused on the optimization of the Curve Ed448 implementation on low-end IoT processors (ie, 8-bit AVR and 16-bit MSP processors). In particular, the three-level and two-level subtractive Karatsuba algorithms are adopted for multi-precision multiplication on AVR and MSP processors, respectively, and two-level Karatsuba routines are employed for multi-precision squaring. For modular reduction and finite field inversion, fast reduction and Fermat-based inversion operations are used to mitigate side-channel vulnerabilities. The scalar multiplication operation using the Montgomery ladder algorithm requires only 103 and 73 M clock cycles on AVR and MSP processors.
Lightweight ciphers are increasingly employed in cryptography because of the high demand for secure data transmission in wireless sensor network, embedded devices, and Internet of Things. The PRESENT algorithm as an ultralightweight block cipher provides better solution for secure hardware cryptography with low power consumption and minimum resource. This study generates the key using key rotation and substitution method, which contains key rotation, key switching, and binary-coded decimal-based key generation used in image encryption. The key rotation and substitution-based PRESENT architecture is proposed to increase security level for data stream and randomness in cipher through providing high resistance to attacks. Lookup table is used to design the key scheduling module, thus reducing the area of architecture. Field-programmable gate array (FPGA) performances are evaluated for the proposed and conventional methods. In Virtex 6 device, the proposed key rotation and substitution PRESENT architecture occupied 72 lookup tables, 65 flip flops, and 35 slices which are comparably less to the existing architecture.
KIPS Transactions on Computer and Communication Systems
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v.11
no.12
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pp.453-460
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2022
As high-performance quantum computers are expected to be developed, studies are being actively conducted to build a post-quantum security system that is safe from potential quantum computer attacks. When the Grover's algorithm, a representative quantum algorithm, is used to search for a secret key in a symmetric key cryptography, there may be a safety problem in that the security strength of the cipher is reduced to the square root. NIST presents the post-quantum security strength estimated based on the cost of the Grover's algorithm required for an attack of the cryptographic algorithm as a post-quantum security requirement for symmetric key cryptography. The estimated cost of Grover's algorithm for the attack of symmetric key cryptography is determined by the quantum circuit complexity of the corresponding encryption algorithm. In this paper, the quantum circuit of the SCHWAEMM algorithm, AEAD family of SPARKLE, which was a finalist in NIST's lightweight cryptography competition, is efficiently implemented, and the quantum cost to apply the Grover's algorithm is analyzed. At this time, the cost according to the CDKM ripple-carry adder and the unbounded Fan-Out adder is compared together. Finally, we evaluate the post-quantum security strength of the lightweight cryptography SPARKLE SCHWAEMM algorithm based on the analyzed cost and NIST's post-quantum security requirements. A quantum programming tool, ProjectQ, is used to implement the quantum circuit and analyze its cost.
Qiu, Shuming;Xu, Guosheng;Ahmad, Haseeb;Xu, Guoai;Qiu, Xinping;Xu, Hong
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.13
no.2
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pp.978-1002
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2019
With the rapid development of the Internet of Things, the problem of privacy protection has been paid great attention. Recently, Nikooghadam et al. pointed out that Kumari et al.'s protocol can neither resist off-line guessing attack nor preserve user anonymity. Moreover, the authors also proposed an authentication supportive session initial protocol, claiming to resist various vulnerability attacks. Unfortunately, this paper proves that the authentication protocols of Kumari et al. and Nikooghadam et al. have neither the ability to preserve perfect forward secrecy nor the ability to resist key-compromise impersonation attack. In order to remedy such flaws in their protocols, we design a lightweight authentication protocol using elliptic curve cryptography. By way of informal security analysis, it is shown that the proposed protocol can both resist a variety of attacks and provide more security. Afterward, it is also proved that the protocol is resistant against active and passive attacks under Dolev-Yao model by means of Burrows-Abadi-Needham logic (BAN-Logic), and fulfills mutual authentication using Automated Validation of Internet Security Protocols and Applications (AVISPA) software. Subsequently, we compare the protocol with the related scheme in terms of computational complexity and security. The comparative analytics witness that the proposed protocol is more suitable for practical application scenarios.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.42
no.2
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pp.307-315
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2017
Random number generator(RNG) is essential in cryptographic applications. As recently a system using small devices such as IoT, Sensor Network, SmartHome appears, the lightweight cryptography suitable for this system is being developed. However due to resource limitations and difficulties in collecting the entropy, RNG designed for the desktop computer are hardly applicable to lightweight environment. In this paper, we propose a lightweight RNG to produce cryptographically strong random number using sensors. Our design uses a Hankel matrix, block cipher as the structure and sensors values as noise source. Futhermore, we implement the lightweight RNG in Arduino that is one of the most popular lightweight devices and estimate the entropy values of sensors and random number to demonstrate the effectiveness and the security of our design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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